換相隔離開關合閘引發廠用電斷路器誤動原因分析及處理

王鵬宇，汪衛平

（華東瑯琊山抽水蓄能有限責任公司，安徽省滁州市 239000）

1 廠用電斷路器誤動事件經過概述

2015年8月4日19時51分，瑯琊山電廠2號機組執行停機轉發電流程步序換相隔離開關發電方向合閘時，10kV廠用電系統出現大范圍開關動作，涉及動作斷路器數量19面，8月5日19時51分，2號機組發電啟動時該故障再次出現，現象與8月4日基本一致。

根據上位機事件記錄，統計廠用電中壓斷路器動作情況如表1、表2所示。

表1 2015年8月4日斷路器動作記錄

表2 2015年8月5日斷路器動作記錄

圖1 1、2號機組自用電系統示意圖

以上兩次10kV斷路器誤動作造成10kVⅢ、Ⅳ段以及10kVⅠ段部分饋線失電，導致運行中的1、2號機組自用電全停，值班人員向調度申請將1、2號機組轉停機。1、2號機組自用電系統示意圖如圖1所示，斷路器=S01+AK03/=S03+AJ02/=S03+AK11分閘后1、2號機組自用電的上級10kV電源全部丟失。

現地檢查廠用電分閘動作開關柜均無過流保護動作信號，但2號高壓廠用變壓器進線斷路器=S03+AJ02上有變壓器溫度高跳閘，該跳閘信號源自2號高壓廠用變壓器溫控儀，但現地檢查發現2號高壓廠用變壓器外觀正常，無過熱放電現象，溫控儀工作正常，無報警或跳閘輸出。10kV 1號自用變壓器高壓側斷路器=S01+AK03控制面板有0.4kV跳閘信號，該跳閘信號來自1、2號機組自用電Ⅰ段進線斷路器=S11+AN03/S12+AN03，現場檢查上述兩個自用電進線斷路器均沒有發出0.4kV跳閘信號。初步確定廠用電斷路器動作為誤動，現場檢查相關斷路器、變壓器無異常后逐步進行試送電，并且試送電成功、廠用電運行電壓、電流正常。

2 廠用電斷路器誤動原因分析

廠用電10kV 1號自用變壓器高壓側斷路器=S01+AK03和2號高壓廠用變壓器進線斷路器=S03+AJ02的分閘是導致此次1、2號機組自用電丟失、機組被迫停運的直接原因。上述斷路器分合閘均有現地和遠方兩種方式，其中遠方操作命令由地下廠房現地控制單元LCU5數字量輸出板開出送給斷路器現地控制器，外部跳閘方面1號自用變壓器高壓側斷路器=S01+AK03僅設有來自下一級的0.4kV跳閘信號，2號高壓廠用變壓器進線斷路器=S03+AJ02僅設有來自變壓器的溫度保護跳閘。從斷路器的現地控制面板查看廠用電10kV 1號自用變壓器高壓側斷路器=S01+AK03分閘原因。從斷路器的控制原理分析并結合斷路器控制面板的報警信息，分析本次開關誤動作的原因分析有3種：

圖2 換相隔離開關控制電源以及電機電源供電示意圖

圖3 換相隔離開關單相電機驅動回路接線圖

（1）LCU5輸出板卡誤發信號，導致斷路器誤動。

（2）斷路器的現地控制器工作異常誤發信號。

（3）斷路器的外部分閘信號回路受到干擾，導致斷路器誤動。

3 廠用電斷路器誤動故障查找過程

瑯琊山電廠于8月4日故障首次出現后在LCU5控制柜內所做臨時措施，將LCU5出口遠方分廠用電斷路器的命令回路解掉，使得LCU5的分閘令不能起作用，8月5日同一時間再次出現相同故障，斷路器依然出現誤分閘，排除了上述分析中第（1）種原因，即LCU5輸出板卡誤發信號。分析上位機事件記錄，兩次故障均發生在2號機組發電啟動步序（換相隔離開關發電方向合閘）執行過程中，由于換相隔離開關控制回路及驅動電機回路電源為直流220V，與地下廠房廠用電斷路器控制回路直流電源均來自地下廠房直流系統，可能是在換相隔離開關合閘的過程中對廠用電斷路器控制回路產生了影響。2號機組換相隔離開關控制回路電源以及電機電源供電示意圖如2所示，小開關F0407給驅動電機供電，F0410給控制回路供電。

瑯琊山電廠換相隔離開關驅動電機為復勵直流電機，其驅動回路接線示意圖如圖3所示。

由于兩次故障均發生在發電方向合換相隔離開關，且2號機組已在8月5日凌晨抽水運行成功未對廠用電斷路器造成影響，重點對發電方向換相隔離開關（W1和U1）動力和控制回路檢查，動力回路端子間檢查結果如表3所示，從表中顯示W1相電機并勵回路異常。

表3 2號機組換相斷路器電機檢查表

針對以上情況，工作人員準備進行2號機組換相隔離開關強制動作試驗，用示波器觀察期間換相隔離開關直流電源及廠用電斷路器外部跳閘信號回路波形。為了防止造成廠用電大面積停電，試驗前現場人員將廠用電重要負荷斷路器的外部跳閘信號回路解除。為保持原有故障現象，檢查人員未對W1相隔離開關電機并勵回路進行處理，并首先選取異常相W1進行手動操作試驗，使用示波器監視圖2中F0407的電壓和電流，由于該隔離開關給電機供電，其運行電壓、電流就反映了電機的運行電壓和電流，并在10kV 1號機組自用電高壓側斷路器=S01+AK03處錄波監視其來自LCU5和下一級0.4kV斷路器的分閘信號，將兩路分閘信號接線從10kV柜子端子排上拆下后接在示波器的線夾上，10kV饋線柜=S01+AK03錄波接線示意圖如圖4所示。

圖4 10kV饋線柜=S01+AK03錄波接線示意圖

監測儀器及人員就位后通過手動強制圖3中的繼電器-K312電動操作W1相隔離開關電機。本次試驗外部分閘（包括跳閘）回路解除的斷路器均沒有出現異常分閘，期間W1相隔離開關電機運行電壓電流波形如圖5所示，所錄電壓電流為圖2中F0407電壓電流，其中電流測量采用福祿克80i-110s AC/DC高精度探頭（量程：0.1～100A DC，0.1～70A AC）。

圖5 W1相隔離開關電機運行電壓電流波形

A通道為電壓200V每格，B通道為電流1A每格，時間軸每格50ms。運行過程中，電壓始終很平穩幅值在220V，電流在電機啟動時幅值很大超過5A，穩定運行后從圖中看出有較大的交流分量，頻率約為70Hz，幅值為0.9A。

在10kV饋線柜=S01+AK03錄得兩路外部分閘閘信號電纜對地電壓波形如圖6所示。

圖6 10kV饋線柜=S01+AK03錄波

從圖6可以看出，通道1、2均有電壓波動，且波動頻率一致約為60Hz，通道1的幅值較小約為16V，不會對斷路器控制造成實質影響，通道2的幅值較大約為110V，有效值約為78V（＞10kV斷路器輸入板高電平門檻值50V），該信號如果送入斷路器控制器將導致斷路器分閘，并報0.4kV外部跳閘信號報警，與之前出現的報警情況一致。

通過本次試驗排除了之前原因分析中第（2）種原因，即斷路器的現地控制器工作異常誤發信號，確定為第（3）種原因，即斷路器的外部分閘信號回路受到干擾，導致斷路器誤動，同時確定了=S01+AK03斷路器動作的原因是來自0.4kV斷路器分閘信號的電纜受到干擾。

圖7 W1相電機更換后運行電壓電流波形

4 廠用電斷路器誤動處理后驗證

在基本確定斷路器誤動原因后，工作人員進行了U1相強制操作試驗，廠用電斷路器沒有收到外部分閘信號，更換W1相電機后再次進行試驗，廠用電斷路器也沒有收到外部分閘信號，測得電機運行時電壓電流波形如圖7所示，通道1綠色表示電壓每格100V，通道2紅色表示電流每格1A。從圖7顯示電壓波形平穩，幅值在220V，啟動初始電流較大達到5A，之后逐漸下降并穩定在0.8A左右，并可以看出其中含有少量高次諧波（約為750Hz），諧波電流幅值約為0.1A。

對比W1相電機更換前后的運行波形不難發現，更換前的電機運行時電流中含有大量交流分量，該電纜從廠房直流室經安裝場電纜橋架后至2號機組發電機層，=S01+AK03斷路器0.4kV跳閘信號電纜從2號機組發電機層經安裝場電纜橋架后進入10kV控制室，二者之間有一定距離的平行敷設，對0.4kV跳閘信號回路產生的干擾，且錄波顯示二者之間的頻率相近。更換電機后，2號機組發電試運行正常，也說明故障產生的源頭為2號機組換相隔離開關W1相驅動電機。

5 結束語

通過分析，瑯琊山電廠廠用電斷路器誤動原因為2號機組換相隔離開關W1相驅動電機的并勵繞組回路開路，失去部分勵磁功能，導致電機氣隙磁場畸變，轉子在畸變的磁場中旋轉產生較大的交流感應分量，流過其供電回路，并對與之有平行敷設段的廠用電斷路器外部控制信號電纜造成干擾，加之廠用電斷路器現地控制器的高電平門檻值較低，最終導致了地下廠房廠用電斷路器的誤動，造成機組自用電丟失。

此次事件是瑯琊山電廠投運8年來首例，反映出廠用電10kV斷路器現地控制器高電平門檻值設計值偏低，不利于躲過回路分合閘過程中所產生的涌流干擾，從而增大了設備誤動的可能性。